Егзотичне теорије тамне материје. Ако сте љубитељ свих најневероватнијих ствари у свемиру, онда је овај чланак за вас.
Већина садржаја нашег универзума су у облику потпуно непознатом физици. То је само сурова чињеница на коју ћемо сви морати да се навикнемо. Ако сте у искушењу да мислите да је то само нека врстакосмолошки проблем, питање које се поставља само на највећим размерама, па имам за вас лоше вести. Једна од тих мистериозних компоненти космоса је - колико можемо рећи - облик материје.
Али не било који облик материје, иначе бисмо то већ видјели. Не, мислимо да је то нека врстатамно материја; материја која једноставно не делује са светлошћу. Нема емисије. Без апсорпције Нема расејања. Ништа. А чињеница да тамна материја постоји не би требала битито изненађујуће, зар не? Уосталом, ко је диктирао да све у универзумумора комуницирати са светлошћу?
Нико то није учинио, па смо и ми ту. Ако погледате случајну галаксију, ствари које светлују - звезде, маглице итд. - представљају само мали део укупне количине масе у тој галаксији. Тачан однос између „нормалне“ материје и тамне ствари зависи од пуно фактора, попут историје формирања галаксије. Али генерално, што је галаксија мања, више њом доминира тамна материја.
Најмање галаксије, познате као патуљасте галаксије, могле би пружити практичну лабораторију за проучавање тамне материје. У овим галаксијама тамна материја је слободна да ради оно што тамна материја чини без иједне те мучне материје која делује светлошћу, да би стварно закомпликовала ствари. Ако тамна материја чини нешто чудно (добро, чудније од просто постојећег), попут интеракције са собом слабом нуклеарном силом или се састоји од више врста егзотичних честица, тада ће се било какви ефекти изразити у патуљастој галаксији него нешто слично Млечни пут.
Ово је све сјајно и добро, изузев малог упозорења да, док се сва ова занимљива физика дешава под хаубом, тешко је да је видимо. Јер је мрак
Једна ствар многих ствари које ми у тамној материји не разумемо је како се понаша у језграма галаксија. Једноставне симулације еволуције галаксије предвиђају нешто што се зове „гужва“ - чврста матица невероватно велике густине која сједи у иначе кремастом средишту галаксије. Али запажања то не потврђују: требало би да има много звезда које прате гравитациони утицај све те тамне материје. А сигурно је да има пуно звезда у центру галаксије, али нето многи.
Нешто мора да изглади централну тамну материју. То би могле бити егзотичне интеракције у самој тамној материји. То би могли бити свјеснији узроци попут вјетрова супернове који пушу гас. Могло би бити и једно или друго.
Астрономи су веома, веома заинтересовани за језгре галаксија, а посебно патуљасте галаксије, јер тамо могу потенцијално много научити о тамној материји. И упркос њиховој компликованој, неуредној физици, и даље нам требају звезде и гас да бисмо посматрали, испитивали и проучавали патуљасте галаксије, надајући се да ћемо моћи да пратимо понашање доње тамне материје. Али патуљасте галаксије су далеко, тамне и мале - и још више њихове језгре.
Како бисмо могли завирити у њих?
Срећом, галаксије имају више од звјезданих грађана. Такође имају црне рупе. Огромни супермасивни у својим језграма и милиони мањих који лебде унутар њих. А чињеница да се џиновске црне рупе обично скупљају у језграма својих матичних галаксија може бити корисна. Дакле, можда - радите са мном овде - ако бисмо некако могли проучити понашање црних рупа унутар патуљастих галаксија, можда бисмо добили неке трагове о природи тамне материје.
Али црне су рупе такође црне и тешко их је уочити. И мала. И далеко. Срећом, не морамо видети црне рупе - можемо их чути.
Када се сударају црне рупе, они потресу и изобличују тканину свемирског времена толико да узрокују таласе, попут таласа који се шире од тешког камена, баченог у воду. Ови гравитациони таласи ширили су се по свемиру брзином светлости, све лагано се протежући и стишћући сваку интервентну материју док се перу. У ствари, ваше тело је, док ово читате, провлачено и притиснуто попут комадића кита из безбројних гравитационих таласа који пролазе кроз Земљу.
Ове гравитационе таласе је језиво тешко открити, због чега су први људи који су их измерили добили неколико нобеловских награда за своје дугогодишње напоре да користе интерферирајуће зраке светлости за хватање суптилног сигнала.
Али наше три опсерваторије гравитационог таласа на површини Земље не могу нам помоћи у вези са нашим проблемом црне рупе, унутар патуљака, галаксије, за проучавање тамне материје. Те црне рупе - познате каоцрне рупе са средњом масом - су премалени да би се сигнал који се може детектирати довео овде у Млечном путу кад се стапају.
Али опсерваторија гравитационог таласа у свемиру могла би. Предложена мисија ЛИСА (која се залаже за, као што сте можда претпоставили, свемирска антена за ласерски интерферометар) могла би имати праву осетљивост да види сигнал спајања црних рупа средње величине, баш као оне пронађене у срцима патуљастих галаксија.
А према новом раду који су недавно прихваћена у Астрофизичком часопису Леттерс под водством Томаша Томфала са Универзитета у Цириху, различити модели тамне материје (и његове могуће интеракције са нормалном светлошћу који воли материју) могу утицати на то колико често и колико брзо црне рупе у патуљастим галаксијама се стапају, што је нешто што ЛИСА може издвојити.
То је заобилазни пут за разумевање мрачне материје, али у проблему који је досадан овом, он је перспективан.
Прочитајте још: "Формирање БИС-а црне рупе ЛИСА у спајању патуљастих галаксија: отисак мрачне материје"
